Tubo de Bourdon

                                                                Tubo de Bourdon

Surgem pela primeira vez na ciência em meados de 1849, por Eugene Bourdon, 3 anos mais tarde, isto é, em 1852, a patente foi vendida a Edward Ashcroft, que desempenhou um papel importante na adoção da energia a vapor nos Estados

O principio de funcionamento é baseado na alteração da curvatura originada num tubo de secção elíptica pela pressão exercida em seu interior, levando a que o tubo tenda a se desenrolar. Então este tubo tem uma das extremidades fechadas e ligadas a um mecanismo que permite transformar o “desenrolar” do tubo em movimento de ponteiro para medida da pressão.

Existe três tipos de manômetros de Bourdon, mais com o mesmo principio de funcionamento diferem apenas no formato do tubo de Bourdon, assim sendo os três tipos são: tipo “C”, espiral e helicoidal.

Deve se salientar que a medição da pressão assume grande importância na indústria sendo o manômetro de Bourdon uma das soluções mais frequentemente utilizadas.

Ora, devido alguns factores naturais tal como a variação de pressão atmosférica, que depende de cada local, há necessidade de adaptar o instrumento a esta condição ambiental, ou seja, calibrá-lo. A calibração deste instrumento consiste em fazer o ajuste do zero que é feito colocando-se o ponteiro no valor mínimo da escala com o tubo de Bourdon em estado de repouso, isto é, pressão interna do tubo igual à pressão atmosférica. Nesta posição, uma vez que este manômetro mede a pressão diferencial, o valor medido deve ser rigorosamente zero. Ou seja, calibração (neste caso) consiste em zerar o equipamento de acordo com a pressão atmosférica.

A precisão destes manómetros é da ordem de 0,1% fsd (full scale deflection). Para pressões baixas e para aumentar a sensibilidade são normalmente utilizados os modelos com tubo em espiral ou em hélice. Deste modo consegue-se uma sensibilidade excelente, respondendo em cerca de 0,01% da pressão máxima. Se este manômetro contiver alguns mecanismos, como um pivô ou engrenagens, a sensibilidade diminui, sendo de 0,1% da pressão máxima.

Tal como em outros tipos de manómetros, o tubo de Bourdon também apresenta alguma histerese no seu ciclo. Esta histerese total é da ordem de 0,1 – 0,5% da pressão máxima do ciclo. Como a energia do tubo é suficiente para sobrepor todo o tipo de fricção e atrito dos seus movimentos, o tubo não apresenta histerese significativa (é praticamente nula). Uma medição industrial de pressão pode ter uma exactidão de cerca de 5% da amplitude da escala. Contudo, as condições de trabalho raramente o permitem, pois não são as ideais. É de referir ainda que desvios da temperatura de trabalho relativo à temperatura a que o aparelho está calibrado causa uma certa margem de erro. A magnitude do erro associado depende do coeficiente de expansão dos materiais que constituem o tubo, estes tipos de manômetros estão associados dois erros: erro de pressão de atmosférica e hidrostática. 


No qual o erro de pressão atmosférica é o coeficiente entre a variação de pressão atmosférica pela pressão medida vezes 100, isto é: 

Quando o manômetro está graduado para pressões absolutas, e uma vez que mede a pressão relativa, e a pressão atmosférica se desvia do valor normal.

E o erro de pressão hidrostática equivale ao coeficiente do produto da altura vertical do liquido e ró pela Pressão, ou seja:

. Quando o manômetro se encontra abaixo da cota de tomada de pressão e o tubo de ligação se encontra cheio de líquido.

TIPOS

Têm duas aplicações típicas. Uma para locais exposto ao tempo e outra em locais sujeitos a pressão pulsante. No primeiro caso, a caixa é constituída com um grau de proteção, definida por norma, que garante a condição de hermeticamente fechada. Podendo, portanto esse manômetro estar sujeito a atmosfera contendo pó em suspensão. No segundo caso, a caixa é preenchida em 2/3 com óleo ou glicerina para proteger o Bourdon e o mecanismo interno do manômetro contra pressões pulsantes ou vibrações mecânicas. Esse enchimento aumenta a vida útil do manômetro.

• TIPO "C"

Um tubo Bourdon em formato de C utiliza um elemento sensor com movimento limitado. É necessário utilizar engrenagens e ligações para converter o movimento em 270 graus. Estas peças mecânicas falham em ambientes vibrantes e pulsantes (a menos que use a glicerina). Precisa de regulagem periódica para linearidade e gama. O medidor precisa ser desmontado para realizar a regulagem. Uma ou outra regulagem pode estar fora de calibração.

Possui mais de 10 pontos de contatos entre peças metálicas que criam fricção e fadiga no mecanismo. Assim, muitos medidores precisam conter líquidos para diminuir o processo de falhas.

Contem um batente de zero no mostrador do medidor para restringir o ponteiro em condições de sobrepressão. Se ocorrer uma condição de sobrepressão, o
medidor é destruído. O mesmo ocorre no vácuo.

• ESPIRAL

Constrói-se, enrolando o tubo, de secção transversal plana em uma espiral de várias voltas em vez de formar um arco de 270º como no tipo “C”. Este arranjo dá ao espiral um maior grau de movimentos em cada unidade convertida de pressão se comparado com o tubo de Bourdon do tipo “C”. Pois o elemento que recebe a pressão é espiral e está diretamente conectado no ponteiro. Diferentemente do Bourdon do tipo “C”, em que o elemento sensor primário também faz o papel de elemento de manipulação e transmissão do sinal (baseando-nos em diagrama de blocos).

• TIPO HELICOIDAL

Este sistema de pressão constituído por tubo de Bourdon ligados por um tubo capilar fino orifício para conexão do processo, conforme o aumento de pressão, o tubo de Bourdon expande. O movimento final deste é ampliado através do sistema de ligação e move o indicador sobre o gráfico graduada que indique a pressão. É muito usado devido à sua excelente resistência à corrosão e sua elasticidade. There are two types of helical Bourdon tubes: one is specifically designed for higher pressures and the other is designed for lower pressures. Existem dois tipos de tubos de Bourdon helicoidal: um é especificamente projetado para altas pressões e o outro é projetado para pressões mais baixas. Each pressure range dictates subtle differences in Bourdon tube design and manufacturing method. Cada faixa de pressão dita subtis diferenças no desenho do tubo de Bourdon e método de fabricação.

APLICAÇÃO

O manômetro de Bourdon pode ser usado numa vasta gama de pressões bem como para medir diversos tipos de correntes.

Uma das suas aplicações é nas instalações onde haja excessiva vibração mecânica e pulsação em medições associadas com cargas dinâmicas envolvendo rápidas alterações da linha. Em manômetros secos estas condições levam a uma acentuada redução de vida e deterioração do movimento de engrenagens. O enchimento com líquido garante a precisão do instrumento, facilidade de leitura pela minimização de oscilações das partes. Opera com gases e líquidos não agressivos às ligas de latão, e, que não sejam viscosos ou cristalizáveis

São utilizados como instrumentos de medição directa e como instrumentos de pressão em certos tipos de controladores, transmissores e registradores

A escolha do tipo de manômetro de Bourdon deve ser determinada principalmente pelo espaço que invólucro que o instrumento ocupa, como por regra geral, o tipo “C”, é o menos sensível e o espiral é o mais sensível, o tipo helicoidal é mais usado para medição de pressões maiores e o tipo espiral para pressões menores

Tipo	Campo de medida com óptimo range	Exactidão (%)
C	0,5 – 600 kg/cm2	2,0
Espiral	0,5 – 2500 kg/cm2	1,5
Helicoidal	0,5 – 5000 kg/cm2	1,5

. 

O funcionamento de manômetros com tubos de Bourdon baseam-se na elasticidade de certos materiais sólidos, ou seja, para adquirir esta propriedade nos metais há necessidade de combiná-los com outros elementos tal que mostra a figura precedente, obviamente que cada mistura tem suas propriedades que podem diferir ou não às outras misturas e estas propriedades acabam por definir em intervalos de pressão se pode submeter o instrumento.

Tal como qualquer outro dispositivo tem as suas vantagens dentre os quais podemos citar: baixo custo, construção simples, range baixos e altos, boa relação precisão/custo, muitos anos de experiência na sua aplicação; E dentre as desvantagens podemos citar: perdas de pressão quando se trata de pressões abaixo de 50 psi, requerem amplificação que causa histerese

Gama de pressões (Psi)	Material usado nos tubos	Aplicação recomendada
15 - 1 000	Bronze fosforoso	Ar, acetona, benzina, salmoura, ácido bórico, butano. álcool, éter, gasolina, azoto, vapor de água, ácido tánico, água, óleos, etc.
100 - 10 000	Cobre berílio	Oxigénio e todos os fluídos referidos anteriormente.
15 - 1 500	Aço de liga	Amónia, acetileno, cloro (seco), gasolina, querosene, vapor de água e outros meios não corrosivos para o aço carbono.
15 - 1 500	Aço inox	Óleos com enxofre, hidrogénio, água oxigenada, ácido acético, ácido cítrico, formaldeído e anidrido carbónico (húmido).
1 000 - 10 000	Aço inox	Ácido carbólico e outros meios não corrosivos para este material
1 000 - 10 000	Aço inox	Nitrato de amónio, etc.
15 - 100 000	"K" Monel	Salmoura, água do mar, cloro (seco), clorato de amónio, bromo (seco), cloreto de cálcio, cloreto de sódio, tetracloreto de carbono, etc.